Расчет некогерентной радиолокационной измерительной системы кругового обзора

Московский Государственный институт электроники и математики

Факультет ИТ

Кафедра радиотехники

Курсовая работа

по курсу тАЬРадиотехнические системытАЭ

тАЬРасчет некогерентной радиолокационной измерительной

системы кругового обзоратАЭ.

Группа Р-102

Студент: Густов А.М.

Преподаватель: Спиридонов В.И.

Москва 1996

Задание

1. Требуется рассчитать тактические показатели РЛС кругового обзора:

       а) максимальную дальность с учётом поглощения;

       б) реальную разрешающую способность по дальности и азимуту;

       в) реальную точность измерения дальности и азимута.

2. Составить функциональную схему РЛС с кратким описанием процессов, протекающих в РЛС при её работе.

Исходные данные (вариант № 16)
  1. Длина волны λ, [см] ........................................................        8
  2. Импульсная мощность Ри, [кВт] ..............................................        700
  3. Длительность импульсов τи, [мкс] ............................................        2,8
  4. Частота посылок импульсов Fи, [Гц] ..........................................        700
  5. Горизонтальный размер зеркала антенны dаг [м] ................................        7
  6. Вертикальный размер зеркала антенны dав, [м] .................................        2,5
  7. Период обзора Тобз, [с] ......................................................        5
  8. Коэффициент шума приёмника kш ............................................        5
  9. Вероятность правильного обнаружения Wпо ....................................        0,8
  10. Вероятность ложной тревоги Wлт ............................................        10-5
  11. Диаметр экрана индикатора кругового обзора dэ, [мм] ..........................        400
  12. Эффективная отражающая площадь цели Sэфо, [м2] .............................        30
  13. Качество фокусировки Qф ..................................................        400
  14. Предельное значение шкалы дальности Dшк1, [км] ..............................        50                                                    Dшк2, [км] .........................        ......        400                                                                              
  15. Измерительные метки дальности ΔD, [км] .....................................        15
  16. Измерительные метки азимута Δφ, [град] .....................................        4
Расчет тактических показателей РЛС кругового обзора 1. Расчет максимальной дальности действия с учётом поглощения.

       Сначала рассчитывается максимальная дальность действия РЛС без учёта ослабления энергии радиоволн при распространении. Расчет проводится по формуле:

       , (1)

Подсчитаем и установим величины, входящие в это выражение:

Eизл - энергия, излучаемая в одном импульсе,

       Еизл=Риτи=700⋅103⋅2,8⋅10-6=1,96 Дж

Sа - эффективная площадь антенны,

       Sа=dагdав=⋅7⋅2,5=8,75 м2

Sэфо - эффективная отражающая площадь цели;

λ - длина волны;

kр - коэффициент различимости (отношение энергий сигнал/шум на входе приемника, при котором обеспечивается прием сигналов с заданными Wпо и Wлт)

kр=kр.т.,

где kр.т. - теоретический коэффициент различимости,

       kр.т.=,

q0 - параметр обнаружения,

       101,2

N - количество импульсов, принимаемых от цели,

N=tоблFи , где

tобл,

Fи - частота посылок импульсов.

Qa0,5 - ширина диаграммы направленности антенны на уровне 0,5 по мощности,

0,74 град;

- угловая скорость вращения антенны,

       = 72 град/с;

Подставляя полученные значения, будем иметь:

tобл= 0,01 с, N = 7 импульсов и kр.т.= 7,2.

Пусть =10, тогда kP=72.

Еш - энергия шумов, действующих при приёме.

Eш=kkшT , где

T - температура приемника в градусах Кельвина (примем T=300К);

k=1,38⋅10-23 Дж/град - постоянная Больцмана;

kш - коэффициент шума приемника.

Eш=kkшT =1,38⋅10-23⋅5⋅300=2,07⋅10-20 Дж

       

Подставляя все полученные значения в (1), находим

       440,3 км

Теперь определим максимальную дальность действия РЛС с учетом поглощения энергии радиоволн.

        , где        (2)

δосл - коэффициент ослабления, а ΔD - ширина ослабляющего слоя. Значение δосл находим по графикам, приведенным на рис. 1.4 в [1]. Для λ=8 см δосл принимаем равным 0,01 дБ/км. Предположим, что ослабление происходит на всей дальности действия. При таком условии формула (2) принимает вид трансцендентного уравнения

       (3)

Уравнение (3) решим графоаналитическим способом. По рис. 1.5 [1] для δосл = 0,01 дБ/км и Dмакс= 440,3 км рассчитываем Dмакс.осл= 309 км.

2. Расчет реальной разрешающей способности по дальности и азимуту.

Реальную разрешающую способность по дальности при использовании в качестве выходного устройства индикатора кругового обзора определим по формуле

       δ(D)= δ(D)пот+δ(D)инд, где

δ(D)пот - потенциальная разрешающая способность по дальности. Для сигнала в виде некогерентной пачки прямоугольных импульсов

       0,42 км.

δ(D)инд - разрешающая способность индикатора по дальности вычисляется по формуле

       , где

Dшк - предельное значение шкалы дальности,

kэ= 0,4 - коэффициент использования экрана,

Qф - качество фокусировки трубки.

Для Dшк1=50 км  δ(D)инд1=0,31 км.

Для Dшк2=400 км  δ(D)инд2=2,50 км.

Реальная разрешающая способность по дальности:

  • для Dшк1=50 км δ(D)1=δ(D)пот+δ(D)инд1 =0,42+0,31=0,73 км;
  • для Dшк2=400 км δ(D)2=δ(D)пот+δ(D)инд2 =0,42+2,50=2,92 км.

Реальную разрешающую способность по азимуту рассчитаем по формуле:

       δ(φаз) =δ(φаз)пот+δ(φаз)инд , где

δ(φаз)пот - потенциальная разрешающая способность по азимуту при аппроксимации диаграммы направленности гауссовой кривой;

       δ(φаз)пот =1,3⋅Qa0,5=0,962 град

δ(φаз)инд - разрешающая способность индикатора по азимуту

       δ(φаз)инд =dnMf , где

dn - диаметр пятна электронно-лучевой трубки

       Mf =360 / 2πr - масштаб шкалы, r - удаление отметки от центра экрана.

       Принимая r=kэdэ / 2 , (отметка на краю экрана), получим

0,717 град

Реальная разрешающая способность по азимуту:

δ(φаз)=0,962+0,717=1,679 град

3. Расчет реальной точности измерения дальности и азимута

       Точность характеризуется ошибкой измерения. Результирующую среднеквадратическую ошибку измерения дальности рассчитаем по формуле:

       , где

σ(D)пот - потенциальная ошибка измерения дальности.

, где

q0 - удвоенное отношение сигнал/шум

       26,47

       σ(D)пот =0,046 км

       Ошибкой из-за непрямолинейности распространения σ(D)распр пренебрегаем. Аппаратурные ошибки σ(D)апп сводятся к ошибкам отсчета по шкале индикатора σ(D)инд. Принимаем метод отсчета по электронным меткам (масштабным кольцам) на экране индикатора кругового обзора.

       σ(D)инд =0,1ΔD=1,5 км , где ΔD - цена деления шкалы.

       σ(D)=1,5 км.

       Результирующую среднеквадратическую ошибку измерения азимута определим аналогично.

       0,04

       σ(φаз)инд=0,1Δφ=0,4

       σ(φаз)=0,4

Функциональная схема РЛС

       РЛС кругового обзора предназначена для обнаружения объектов и измерения их координат. Функциональная схема РЛС приведена на рисунке 1.

       Сбор информации об объекте осуществляется путем их облучения и приема отраженных от них сигналов. Колебания, вырабатываемые передатчиком, с помощью антенны излучаются в пространство и при достижении объекта отражаются от него. Часть отраженной энергии попадает обратно в антенное устройство РЛС, усиливается в приемнике и фиксируется в выходном устройстве. Появление сигналов на выходе РЛС говорит о наличии объекта в пространстве.

       Дальность до объекта определяется импульсным методом. Формирователь импульсов запуска вырабатывает импульсы, следующие с заданной частотой посылок Fи. Эти импульсы используются для запуска передатчика и синхронизации выходного устройства. В состав передатчика входит импульсный модулятор, формирующий импульсы (рис. 2а) длительностью τи и мощностью Pи, управляющие генератором высокой частоты. Радиоимпульсы, вырабатываемые генератором, проходят через антенный переключатель и излучаются с помощью антенны в пространство. Отраженные сигналы в виде таких же радиоимпульсов, только меньшей мощности и запаздывающие относительно излучаемых на время tD=2D/с (рис. 2в), принимаются той же антенной и через антенный переключатель проходят в приемник, где усиливаются и детектируются. Продетектированные сигналы (рис. 2г) поступают в выходное устройство РЛС, где осуществляется измерение времени запаздывания.

       Угловые координаты объекта определяются по направлению прихода. Антенная система с узкой диаграммой направленности осуществляет последовательный обзор пространства. Сигнал цели, принимаемый антенной системой, усиливается в приемнике и поступает в выходное устройство, где отмечается текущий угол поворота диаграммы направленности.

       В качестве выходного устройства РЛС используется индикатор кругового обзора. Отклоняющая катушка вращается вокруг горловины трубки синхронно с вращением антенны и питается пилообразным током от схемы развертки. При соответствующем начальном ориентировании отклоняющей катушки и оси антенны, на экране трубки будет видна радиальная линия, прочерчиваемая электронным лучом, которая в каждый момент времени будет указывать положение оси диаграммы направленности в пространстве.

Сигналы с выхода приемника подаются на управляющий электрод трубки и увеличивают в момент прихода яркость линии развертки. За время облучения цели на экране будет засвечена отметка цели в виде дужки.  Длина радиуса в масштабе представляет дальность цели , а угол между отсчетным направлением и радиусом даст ее азимут. Для сохранения картины расположения целей на время, равное периоду обзора, экран трубки выполняется с послесвечением.

Рис. 1. Функциональная схема РЛС кругового обзора

Рис. 2. Огибающие радиоимпульсов: а) излучаемых антенной;

в) отраженных от цели

        Литература
  1. Васин В.В. Дальность действия радиотехнических измерительных систем. Методическая разработка. - М.:МИЭМ 1977г.
  2. Васин В.В. Разрешающая способность и точность измерений в радиотехнических измерительных системах. Методическая разработка. - М.: МИЭМ 1977г.
  3. Васин В.В. Методы измерения координат и радиальной скорости объектов в радиотехнических измерительных системах. Конспект лекций. - М.: МИЭМ 1975г.
Оглавление

Задание        2

Исходные данные (вариант № 16)        2

Расчет тактических показателей РЛС кругового обзора        3

1. Расчет максимальной дальности действия с учётом поглощения.        3

2. Расчет реальной разрешающей способности по дальности и азимуту.        4

3. Расчет реальной точности измерения дальности и азимута        5

Функциональная схема РЛС        7

Литература        9

Оглавление        10

Вместе с этим смотрят:

Расчет переходных процессов в линейных цепях с сосредоточенными параметрами
Расчет показателей эффективности радиосвязи
Расчет редуктора приборного типа
Расчёт супергетеродинного приёмника ДВ, СВ волн